Mri中的基于rf的空间选择性激发的制作方法

专利名称：Mri中的基于rf的空间选择性激发的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及使用RF脉冲的磁共振成像(MRI)中的空间选 择性激发(spatially selective excitation ),特别是涉及在不使用常规 的频率梯度场的情况下使用RF脉冲的层面(slice)(或其它)选择 的方法。
背景技术：
以空间选择的方式在样品体积(Sample Volume)内激发样品的 能力是用于MRI成像的基本技术，并且大多数MRI设备能够这样做。 例如，大多数普通的空间选择性激发包含选择性激发样品内的层面同 时保持样品的其余部分不受干扰。在多层面模式中， 一系列的(通常 为平行的)层面被迅速连续地激发。出于不同的原因使用空间选择的 其它轨迹(locus)，包括与样品体积的笛卡尔坐标、极坐标、圆柱坐 标或其它坐标的轴对应的那些轨迹和诸如2D方格图案(checkerboard pattern)的包含断续选择的其它轨迹。
在常规的MRI设备中，常规上通过使用与磁梯度强度中的梯度同 时施加的成形射频(RF)脉冲实现层面选择，该梯度与共振频率中的 梯度场等效。申请人的美国专利7141973教导了实现磁共振实验的方法，其中 作为磁场梯度施加步进的替代或补充，使用RF发射线圏来对信号进 行空间编码。没有教导在样品体积内进行空间选择性激发的方法，并 且没有方法可望用于在专利'973中展示的具有有限分辨率的NMR装 置。
希望改善在不使用梯度线圏的情况下进行磁共振成像的系统，以 提供空间选择性激发。优选地，首选高度专一性的空间选择。

发明内容
申请人最近发明了对于专利'973的改进，特别地提供遍历由优选 允许受控步长(step size)的图像变换核心(image transformation kernel)限定的k空间的方法，并且进一步有利地限制实现遍历
(traversal)所需要的Bl场的数量。Bl场是在MRI设备的样品体积 上振幅基本上均匀的射频(RF)场，并且沿一个(编码)方向具有相 位梯度。基本上，本发明利用这样一种事实，即，样品体积中的自旋
(spin)磁化相位在每个步中累积，以在MRI过程中提供有序的k空 间遍历(traversal)。由于相位梯度之间的差确定由用于交替产生Bl 场的连续重聚焦脉冲施加的k空间中的步长，因此，对于步长的控制
(并因此累积地控制分辨率和视场)由选择Bl场的各相位分布提供。 因此，通过使用相位自旋的累积并通过该临时申请的教导提供更高分 辨率图像，以通过步的迭代提供允许较大距离的跨度的均匀步长。 该较高分辨率能力导致执行层面选择的可能性。 因此，提供一种用于均匀磁场中的样品体积的选择性空间激发的 磁共振方法，该方法包括控制适于在样品体积内产生多个Bl场的 RF线圏阵列，用所述多个B1场中的n个施加重聚焦脉冲序列，其中 n严格大于采样体积的空间选择区域被划界的维度的数量。n个Bl场 中的每一个在样品体积上具有基本上均匀的振幅和各自不同的相位梯 度，并因此具有各自不同的k空间中心。相位累积导致各重聚焦脉冲 关于用于发出重聚焦脉冲的各Bl场的k空间中心反映k空间加权函数，并因此相对于k空间中心中的n-l个改变k空间加权函数。RF线圏阵列还被控制为用在重聚焦脉冲之间散布的至少一个Bl场施加小翻转角脉沖序列。小翻转角脉冲具有被调制为根据希望的选择性空间激发在k空间加权函数中分布能量沉积的强度和持续时间。
RF线圏阵列可包含与多个RF线圏选择性耦合的电源，使得可以在每次可激励至多一个RF线圏，并且可包含用于将RF线圏迅速切换到电源的编程控制器。作为替代方案，RF线圏阵列可以是具有受控相位和功率的多个阵列元件，使得多个元件被同时供电，以产生单一B1场。在一些实施例中，对于发射和检测均使用RF线圏阵列的相同的n个Bl场中的一个或多个。
虽然在原理上可以使用任意的Bl场以选择性地在给定点上在k空间加权函数上沉积能量，并且在某些情况下可实际上优选在样品体积上振幅不均匀的场，但应理解，可优选通过使用n个Bl场中的一个或多个施加小翻转角脉沖。这可减少所需要的线圏的数量，或者降低线圏元件的编程的复杂性。如果多个Bl场在k空间加权函数上具有不同的点，那么它还可减少在k空间加权函数上沉积给定数量的激励点所需要的脉冲串(pulse train )的长度。
可以在两个阶段中施加重聚焦脉冲用n个Bl场发射的重聚焦脉冲单调地移动k空间加权函数以使其离开k空间的原点的扩展阶段(spreading phase );和随后的k空间加权函数单调地向k空间的原点移动的重定中心阶段(recentering phase)。重定中心阶段将k-空间加权函数自然向原点移动扩展阶段移出的距离的一半，使得k空间加权函数以原点为中心。
各重聚焦步进关于用于重聚焦的Bl场的k空间焦点翻转k空间加权函数。可以在两个连续重聚焦脉沖之间的各间隔中用n个Bl场中的每一个发射至多 一个小翻转角脉冲，以提供无冗余的能量沉积。虽然可以在任何其它间隔中使用Bl场，但是，为了避免冗余的能量沉积，可仅在紧挨着重聚焦脉冲或前或后、但不是前和后的间隔中使用用于重聚焦的Bl场。
8如果各重聚焦步进将k空间迹线移动到先前未访问的k空间管区中，那么将不出现冗余的能量沉积。如果在单调向外或向内的一组步进中，采取的步进是最大的，那么各步将k空间移动到先前未访问的k空间。自然，向内的轨道(trajectory)必须遵循向外的轨道，因此，在大多数的情况下，将k空间加权函数翻转回到在相同的回波串中访问的先前的点，因此， 一些或所有的点可能不是唯一的。
原理上，由于将导致能量的简单叠加，因此，没有在加权函数中避免能量的冗余沉积的需要。给定重聚焦脉沖的数量和用于小翻转角脉冲的B1场，存在有效数目的沉积点，并且这可以被优化。
对于成像的每个方向，可优选限定至少2个B1场的各组。至少2个Bl场的每个组优选具有共线的k空间焦点。在某些实施例中，优选具有穿过k空间焦点并且还穿过k空间的原点(或接收线圏的k空间中心)的线。恒定相位B1场(即，零相位梯度)可以是多组B1场中的每一组的成员。可优选使用沿编码方向分别具有g。/mm和-g。/mm相位梯度的两个Bl场，原因是这种线圏是对称的，因此两者可被设计和制造为具有相同的公差和效率，并且，原因是2g梯度差提供比当对于高分辨率k空间遍历使用Bl场时有用的替代方案大的步长。
编码方向可优选为正交的和/或线性的。当然，根据可用相位梯度线圏实现的希望的样品体积的任何坐标，可以使用径向和方位或其它弓形编码方向。
如果编码方向是线性的并且空间选择是由与线性编码方向正交的平行平面划界的至少一个层面或其它区域的空间选择，那么，在扩展阶段和重定中心阶段中的至少一个中，施加小翻转角脉冲序列可包含在后跟一个或多个小翻转角脉冲的一个或多个重聚焦脉冲的重复图案中施加n个Bl场，该图案具有2个连续重聚焦脉冲的周期。例如，可在连续重聚焦脉冲之间存在固定数量的小翻转角脉冲。除了用于产生最后的重聚焦脉沖的Bl场以外，如果重聚焦脉冲序列在各步中给予至少两个Bl场中的每一个k空间加权函数的不同部分，那么固定数量可优选在小于1个的组中为至少两个Bl场的数量。在重定中心阶段中，k空间行走(walk)可以与在扩展阶段中采取的不同，以给予至少两个B1场k空间加权函数上的新点，使得在重定中心阶段中施加小倾斜角脉冲提高k空间加权函数上的点的密度。可以在行走沿着与线性编码方向倾斜的路径时或者在扩展阶段和重聚焦阶段之间采取更小的步进时执行这一点。
虽然原理上可以使用任何用于单步调试(step through) k空间的方法，但实际上对于k空间遍历和k空间加权函数中的能量沉积使用相同的Bl场。也可对于在产生希望的k空间加权函数之后的读出过程中对于k空间遍历并且还对于读出使用它们。由此有利地可仅通过使用静止磁体和RF Bl场阵列执行空间选择MRI。使用用于激发和重聚焦的单独的线圏或多个线圏也是有益的。激发线圏的振幅可以在样品体积上是局部(local)的或非均匀的。
还能够交错激发步骤，其中用于激发的空间选择区域是样品体积的分开区域(disjoint region)。这允许在完成+>驰(relaxation)之前加速多个层面的获取或其它空间选择。
在以下的详细说明中，本发明的其它特征将被说明并将变得明显。


为了能够更清楚地理解本发明，现在参照附图作为例子详细说明
其实施例，其中
图la-c是用于实现本发明的设备的示意图2是适于产生相位分布Bl场的RF发射器阵列的示意图3是适于产生相位分布Bl场的螺旋鸟笼式(spiral birdcage)
RF发射器阵列的图像；
图4a是能够沿两个正交方向产生相位梯度场的2D RF发射阵列
的示意图4b是利用被通电以分别产生沿x方向产生相位梯度的同向和异向电流的多对回路的RF发射阵列设计的示意图4c是利用被通电以分别产生沿y方向产生相位梯度的同向和异向电流的多对回路的RF发射阵列设计的示意图4d是用于2D空间编码的发射阵列的图像，该发射阵列适于通 过使用螺旋鸟笼式阵列元件以及用于同向和异向电流的多对回路沿z 方向(垂直)和x方向产生相位梯度。
图5a是用于层面选择的脉冲序列的示意图5b是在扩展阶段中使用图5a所示的最大k空间步进(stepping)
的k空间加权函数的示意图，能量的沉积来自均匀场；
图5c是根据图5a的脉沖序列方案的脉沖序列的显式列表；
图5d g是特别顾及横向和纵向磁化的大小及相位和翻转角的层 面选择模拟的理想和实际结果的示图6a、b示意性地示出具有3个Bl场的1D激发脉冲串和通过使 用激发脉冲串产生的k空间加权函数；
图7示意性地示出通过使用具有2个Bl场的1D激发脉冲串产生 的k空间加权函数；
图8示意性地示出通过使用具有含共线、非均匀分开的k空间焦 点的3个B1场的1D激发脉冲串产生的k空间加权函数；
图9a、图9b是表示通过调制3半周(lobe)正弦函数进行的层 面宽度选择和空间偏移的层面选择的测量结果；
图9c、图9d是表示使用常规的梯度场的1D模拟获取和2D模拟 获取中的多层面交错获取(multi-slice interleaved acquisition )的才莫拟 多层面实验的图像输出；
图9e是表示具有更加清楚的能量沉积点的改进k空间迹线混叠 (aliasing )的模拟图像输出;
图10示意性地示出ID k空间的轴上(on-axis)遍历，与在kx 和ky方向之间的倾角上激发层面所需要的倾斜k空间线相比，该轴 上遍历后跟前面的激发脉沖串；
图11是5个线圏的k空间焦点的示意性图例，表示k空间中的 多对步进如何影响在k空间加权函数上沉积的任何能量点；
图12a、图12b、图12c是沿斜线在2D中产生的三个示例性k空间加权函数；
图12d是选择通过使用图12b、12c的重聚焦步进给出的不同的小 翻转角脉冲如何允许在不同线的范围上沉积能量的示意图13a、图13b是在2D中产生以覆盖允许沿两个维度的激发空间 局部化的矩形区域的两个示例性k空间加权函数；
图14是展示在用于产生层面选择和k空间遍历的整个样品体积上 具有非线性相位分布的Bl场的适用性的模拟示意图15是表示可如何在没有具有线性相位分布的各单个场的情况 下产生沿1轴的2个场之间的线性相位差的示意图；以及
图16是表示可通过使用在使用多层面选择的样品体积上即不是 相位梯度也不是均匀振幅的Bl场施加小翻转角脉冲的模拟。
具体实施例方式
在此，在MRI处理中提供用于层面选择的方法，该方法包含通过 添加在用于相对于用于根据希望的k空间加权函数沉积能量的一个或 多个Bl场移动k空间加权函数的重聚焦脉冲之间散布的低翻转角RF 脉冲控制发射阵列。低翻转角脉冲沉积能量，使得如果相位编码方向 为将样品体积坐标化的线性轴并且Bl场具有线性相位梯度，那么例 如通过傅立叶变换，由k空间加权函数中的低翻转角脉冲描绘的包络 线与样品体积的希望的空间激发区域有关。
在此，使用数学理想化的术语来表示场的取向和性能(恒定的、 线性、均匀的)以及用于产生它们的线圏或元件阵列。本领域技术人 员可以理解，在实施例的上下文中，任何理想化意图在于传达对得益 于术语的理想化的合理范围或近似。
图la是根据本发明的实施例的MRI设备10的示意图。MRI设 备10包含用于从MRI设备10的样品体积14内的物体产生磁化信号 的静止磁体12。在该实施例中，不需要梯度线圏或相关的电子器件， 并且包含两个发射线圏元件18 (Tx线圏A和Tx线圏B)的单一RF 发射器阵列16通过双向开关22选择性地与电源20耦合。双向开关22适于从电源20向Tx线圈A或Tx线圏B传送RF脉冲，该Tx线 圏A或Tx线圏B如下面进一步"i兌明的那样产生需要的Bl场Bla和 Blb。虽然可同样使用其它的检测方案，包含使用由Tx线圏A、 B18 产生的相同的Bl场的那些检测方案，但是，作为测量来自物体的响 应/回波的检测手段的例子，对于信号接收示出M通道接收相控阵列 (phased array ) 24。
图lb是本发明的替代性实施例。所示的MRI设备30与图la的 不同之处在于包含常规的梯度线圏31和相关的电子器件32,并且在 于RF发射器阵列16的构成。MRI设备30与MRI设备10相同的特 征不再说明。在替代磁场梯度脉冲中的一些的发射TRAE实施例中， 与本发明结合使用常规的梯度线圏31会是有利的。例如，可对于沿一 个空间方向进行空间编码使用发射TRASE实施例，并且，可沿另一 空间方向使用常规的磁场梯度编码。作为替代方案，可对于层面选择 执行TRACE编码，并且可对于读出(read out )使用常规的梯度振幅 磁场。
图lb所示的RF发射器阵列16包含具有许多空间配置的发射元 件的多通道发射器34，并且对于其各元件，相应的RF电源36被独 立耦合。各元件接收相位和大小被独立控制的RF脉冲，使得由经受 单独相位和振幅调整的RF脉冲的元件产生的场的迭加在样品体积14 内产生希望的Bla或Blb。自然，需要控制和定时信号以实现RF脉冲 的并行调制，并且可以以现有技术已知的方式使RF脉冲成形。在该 实施例中，通过改变对于Tx阵列的元件施加的RF发射信号的相位和 大小产生Bla或BU场。
在本实施例中，可例如通过使元件与接收器通道和相应的RF电 源切换耦合来对于发射和接收使用相同的元件，或者，可如所示的那 样对于发射和接收使用单独的元件。
图lc是根据本发明另 一 实施例的MRI设备40的示意图，其中多 通道发射(Tx)相控阵列34经由相位和大小可控的RF信号分离器 42-皮单一RF电源41驱动，以交替产生需要的Bla或BU场。本实施例的其余部分与图lb相同，并且将不再说明。本领域技术人员可以理 解，RF电源的数量和发射阵列的元件可根据系统需要改变，并且存 在用于使一个或多个RF电源与两个或更多个发射阵列元件互连的大 量的等效电子控制机构和结构。
虽然以上的例子表示多通道接收相控阵列，但应理解，在简化的 实施例中，可以使用单一通道接收器，并且使用用于接收的多个不同 相位分布BI场会是有利的。
发射线圏阵列
可以以几种方式产生穿过样品体积并具有特定相位分布和均匀振 幅的Bl场。 一般地，可以使用在图lb、图lc中的任一个中示意性地 示出的多发射器34，其中RF脉冲在相同的时间被发射到阵列的多个 或所有元件中，但是向各阵列元件传送的RF信号振幅和相位被独立 控制，使得单纯为从各阵列元件产生的各单个场的迭加的所得到的Bl 场(假定没有线圏耦合)是诸如Bla的希望的场。对于下一重聚焦脉 冲，向各元件传送的RF传送信号的振幅和相位被调整，使得所得到 的由Tx阵列产生的总场现在是BU场。
图2是可被用于沿标为相位编码方向52的特定线产生特定的Bi 场相位分布的8元件阵列50的例子的示意图。如果示出的阵列的所有 元件具有基本上类似的电气性能并且通过具有特定振幅和相位的普通 RF电压被驱动，那么会分别沿编码方向在不同的空间区域上产生具 有相同振幅和相位的场。对于元件中的任一个改变该施加电压的相位 导致该元件的Bl场相对于其它的Bl场具有例如相对于B0方向以顺 时针或逆时针方式旋转的不同的相位。因此，通过用相对于沿编码方 向移动的先前的元件电压顺时针偏移tt/4的电压相位，对于各单个元 件施加RF电压，最后的元件相对于第一元件会产生具有2tt顺时针相 位的B1场。当以这种方式驱动时，得到的迭加Bl场会沿编码方向具 有以零开始并且达到2;r的顺时针旋转的相位。如果改变对于各元件施 加的电压相位以^使以逆时针方式产生连续的；r/4偏移，那么得到的Bl场现在会沿编码方向具有以零开始并且达到2tt的逆时针旋转的相位。 因此，如果第一B1场(Bla)具有+2;r相位梯度并且笫二Bl场(Blb ) 具有-2;t相位梯度，那么通过交替Bla和Blb脉冲产生阵列长度上的4tt 的差值。
图3A表示二元件阵列60,其中各元件62、 64具有物理几何尺寸 和导体布局，使得当对于任意元件传送RF脉冲时，元件分别固有地 产生所需要的BL或BU场的相位分布。例如，在二元件阵列60中， 第一元件62包括沿其+2;r轴具有顺时针缠绕的第一螺旋鸟笼式线圏， 这导致具有+7t的线性Bla相位分布的基本上均匀的振幅场区域68，而 第二元件64包括沿其-2;r轴具有逆时针缠绕的第二螺旋鸟笼式线圈，
这导致具有-;r的线性Blb相位区域分布的基本上均匀的振幅场区域。
图3B画出随阵列60内的轴向位置而变的两个鸟笼式线圏元件 62、 64的相位梯度(在右边纵轴上列出相位的度数)，以及随轴向位 置而变的线圏内的场振幅的均匀性(左边纵轴表示dB损失)。注意， 至少在5 20cm的范围内损失是基本上均匀的(-48 -52dB)，并且该 范围内的基本上呈线性的相位梯度分别改变约180和-180度。
图4a是用于在通过向各元件传送的受控选择RF脉沖激励时在样 品体积上产生恒定振幅和线性相位分布的两个Bl场的2元件阵列80 的示意图。对于相应元件传送两组不同的RF脉冲，这些RF脉冲具 有选择的振幅、相位和波形，使得实现特定的相位分布。
图4b、图4c是在通过向各元件传送的受控选择RF脉冲激励使 得可实现受控的相位分布时，沿样品体积的x方向(图4b)和y方向 (图4c)产生恒定振幅和线性相位分布的Bl场的4元件阵列的示意 图。4元件阵列包含两对线圏，这些成对的线圏相互平行并相对，使 得在其间具有样品体积。两个对的平行面相互正交以围住样品体积。
其中的一对(称为Helmholtz (赫尔姆霍茨)对)具有被驱动使 得电流沿与4皮此相同的方向流动的线圏(同向旋转线圏(co-rotating coil))。在另一对(Maxwell (麦克斯韦)对)中，具有被驱动使得 电流沿相反方向流动的线圏(异向旋转线圏(counter-rotating coils))。
15在提出的实施例中，Helmholtz对具有3圏，而Maxwell对具有 l圏，使得对于均分给各对的电力，Helmholtz Bl场的大小将强约三 倍，当与Maxwell对Bl场组合时，该Helmholtz Bl场大小将产生基 本上均勻的振幅相位梯度场。
可以理解，可对于相应对传送不同的两组RF脉冲，这些RF脉 沖具有选择的振幅、相位和波形，使得可以实现特定的相位分布，并 且，可对于各线圏供给4种不同的RF脉冲。这可允许对于x和y编 码以及对于对0相位梯度场编码使用相同的线圈。
图4d是用于2D成像的Tx阵列线圏的图#>，该Tx阵列线圏包
含用于Z方向相位编码(垂直)的+27C和-27t螺旋鸟笼式线圈和同向旋
转的3圏回路对以及异向旋转的单圏回路对，当在并联使用中净皮通电 时(在这种情况下，单一的发射器具有电力分离器)，这些线圏沿x 方向产生两个更大的相位梯度(+3/4tt和-3/4tt )。通过如图4b所示的 那样仅对阵列的同向旋转电流Helmholtz场部分通电，还实现具有零 相位梯度的第五场(称为均匀场)。
在基于傅立叶的MRI中，图像变换核心是包含变量k和r(位置) 的复指数。由此，核心中的相位项取决于位置。由于磁化还关于B0 磁场进动(precess)，其中横向磁化在横切B0场方向的平面中的相 位角取决于进动频率，因此这很好适于MRI。在标准MRI编码中， 使用随沿编码方向的位置呈线性的振幅梯度磁场。因此，横向磁化的 相位将对于沿梯度编码方向的位置具有线性依赖性。在TRASE MRI 方法中，使用具有随编码方向的位置线性改变的相位的至少一个Bl 场。虽然线性变换是已知的，但是如果Bl场的相位分布随沿编码方 向的位置不是线性的，那么可进行校正以重新构建。作为替代方案， 可通过使用需要Bl场的相位分布的子波变换实现完全不同的图像变 换以满足使用的特定子波变换的相位基本需要。
Bl场相位分布
在MRI静止磁体的样品体积内的物体内，样品的激发将导致核子关于B0场进动，其中进动的频率与B0场强度成比例。因此，对于均 匀的B0场，在没有任何磁场振幅梯度的情况下，来自不同空间位置 的磁化信号贡献的相位是恒定的。为了在常规的MRI中提供空间编 码，使得不同空间位置上的该横向磁化信号的相位取决于沿选择的编 码方向的空间位置。由对于进动横向磁化敏感的检测线圏接收的信号 如下
关注的未知量是与横向磁化Mxy (r)成比例的特定位置上的原子 密度，并且可通过使用傅立叶变换计算它。在典型的傅立叶编码MRI 中，通过使用用于随距离线性改变进动频率的磁场梯度完成这一点， 使得沿编码方向的相位变化可被描述为磁化在不同位置上的横向平面 中的方位4t转(azimuthal rotation )，该方位旋转一般是在编码方向 上横向磁化信号在不同位置上的相位角的线性变化。因此，在编码方 向上，磁化相位沿该编码方向相对于基准位置上的相位遵从圆形/方位 旋转。对于固定的时间T,随着多次施加振幅的梯度脉冲"AG,在施 加恒定梯度(频率编码)或替代性使用相位编码的同时，随等时间步 幅，可以等步长Ak进行k空间遍历。在该相位编码技术中，k空间中 的信号由下式给出
基于傅立叶的TRAE方法的目的是，在不使用B0场的变化的情 况下(即，没有磁场梯度)，产生随位置而变的等效磁化相位。其实 现方法可以是，施加激发和重聚焦脉冲以产生具有Bl场的相位的Bl 场，该Bl场具有沿由于施加的磁场梯度的一个这种脉冲而使磁化会 具有的编码方向(即沿样品体积坐标的坐标方向)随位置而变的不同 相位。
需要沿编码方向具有与第一 Bl场不同的相位梯度的空间分布的 第二B1场。这意味着，对于两个B1场中的任一个来说，只要另一个 具有相位分布，那么会沿编码方向具有恒定的相位分布，使得对于沿 空间编码方向的不同位置，相位在横向平面中偏移或旋转。对于该技术来说，重要的是相位差梯度。
示意性地沿一维(图la、 lb、 lc)表示这些Bl场中的每一个的 示例性空间相位分布，这些空间相位分布是线性的，从而产生恒定的 梯度场并由此限定样品体积的坐标方向(笛卡尔轴)。虽然在这里说 明的例子中编码方向是线性轴，但是可以理解，与样品体积的不同坐 标对应的径向或方位轴同样可能引起编码方向。两个Bl场沿相同坐 标方向(沿符号相反的同一轴)均具有相位梯度场，因此，沿坐标方 向的相位梯度场之间的差被均匀限定。在本例子中，样品体积上的这 些相位分布中的差等于7T。因而，所需要的各B1场必须具有以下形式<formula>formula see original document page 18</formula>
其中作为沿编码方向的位置的函数的大小是基本上恒定的，但是场的 相位在空间上改变，使得横向相位角随沿空间编码方向的位置线性改 变。在2008年5月1日提交的发明名称为METHOD FOR RADIO-FREQUENCY NUCLEAR MAGNETIC RESONANACE IMAGING的申请人的共同未决的申请中，可以找到关于Bl场和其 产生方法的进一步的讨论，在此加入其内容作为参考。
选择性空间激发
在TRASE MRI中利用的优点是能量沉积的持续性，该持续性使 得能够实现相位累积，以允许k空间加权函数移动在重聚焦脉冲之间 的先前间隔中沉积的能量，这些重聚焦脉冲相对于用于重聚焦的Bl 场的k空间焦点翻转k空间加权函数。这允许可用于实现由可用步进 数量限定的空间选择的k空间加权函数清晰度和分辨率以及Bl场的 相位梯度的差值(步长)的步进的累积通过用最小步长(FOV)覆 盖最大面积的k空间(高分辨率)，提供k空间加权函数和视场(FOV) 的最佳清晰度。给定在单一射击(shot)内允许有限数量的步长，可 通过增加步长提供较高的k空间加权函数的清晰度(较高的空间分辨 率)但较低的FOV。 一般地，希望均匀的k空间覆盖，使得存在很好 定义的视场。通过控制发射阵列以添加在重聚焦脉冲之间散布的低翻转角RF脉冲，可以累积可用于选择性激发样品体积内的区域的k空间加权函数中的沉积能量。k空间加权函数中的沉积能量的密度与视场内的混叠伪影(aliasing artifact)成正比。
使用2个Bl场和均匀场的ID选择性激发脉冲串
选择性激发脉冲串是具有位于重聚焦脉冲之间的添加脉冲的重聚焦脉冲串。这些添加脉冲将单独地具有低翻转角。本发明的第一装置包含静止磁体，并且，对于单一维度，具有相反的线性相位梯度的一对Bl场以及具有均匀相位的RFB1场。
图5a示意性地示出使用该装置的截短lD脉冲序列。截短的脉冲序列包含在各间隔中通过一个小翻转角脉冲散布的交替的Bla和Blb重聚焦脉冲。通过使用均匀(零)梯度场产生小翻转角脉冲。图5a表示示意性地具有[低翻转角脉冲1-重聚焦脉冲A-低翻转角脉冲2-重聚焦脉冲B-等等]的重复图案的脉冲序列。
图5b示意性地示出图5a的实施例中的连续能量沉积。自旋相位累积由在用关于A和B的重聚焦脉冲(即，Bla和BU的k空间焦点)反映的步进Pi中沉积的能量表示，由此，通过第三重聚焦，(第4个小翻转角脉冲)通过第一小翻转角脉冲沉积的能量将移动到6倍于A(或B)到原点的距离的位置6。这是非自然短脉冲串，但是表明在激发序列的初始扩展阶段中如何出现随k空间加权函数的各k空间点上的能量沉积的k空间遍历。应注意，k空间加权函数点的数量随在各重聚焦步进之间插入的各小翻转角脉沖增长。脉冲串中的随后脉冲遵从相同的图案。使用'A，发射场的重聚焦脉冲的效果是关于标有'A，的线上的轴上点将自旋重聚焦，并且对于'B，，情况类似。
图5c是详细列出用于图5b所示的激发过程的模拟的脉冲序列的表格。它包含29个交错的小翻转角脉冲10和14对180度重聚焦脉冲3、 4 (脉冲1~57)，之后仅是7对交替的重聚焦脉冲58-71 (使用倒转图案-BA)系列，以在原点上使k空间加权函数回到中心，这导致在激发的层面上重新调整相位。应当注意，各点上的小翻转角脉冲具有不同的振幅和符号，以将在k空间加权函数上沉积的能量调制为用
这些离散的点近似正弦波形。另夕卜，由于180度脉冲的相位反转效果，因此必须逆转交替的小翻转角脉冲的相位。
图5d表示用于层面选择的目标(设计)轮廓。它近似地为正弦激发包络线的傅立叶变换。可通过控制波形的形状(即，小翻转角脉冲的振幅和相位)选择层面轮廓(厚度)和层面偏移。正弦(sin ( x) /x)函数的傅立叶变换是矩形函数。正弦波形的宽度与层面宽度成反比。在标有"MTZ，，的所有曲线上，迹线1是横向磁化(Mxy)的大小，而迹线2是纵向磁化(Mz)。
图5e表示模拟的层面选择结果。这与指示该方法是成功的目标响应类似(但不完全相同)。作为在图5e的边缘激发的额外层面，混叠也是可见的。
图5f表示导致层面偏移的模拟层面选择。除了各小翻转角脉冲的相位而不是大小被修改为k空间内的位置的线性函数以外，脉冲的列表与图5c所示的相同。因此，标题为软脉冲波形相位的列中的各条目相对于前一行的值增加固定的角度。这构成具有3000Hz的相应傅立叶响应(即，在频域中)的复相偏移。这与样品体积的空间激发中的层面偏移对应。注意，层面轮廓事实上不是如期望的那样偏移。还应注意，混叠的层面伪影与中心层面一起移动。在标有"FP"的曲线中，迹线l是实现的翻转角，迹线2是相位。
实现层面偏移的替代性方式("第2层面偏移方法")是，修改序列中的所有脉冲的相位，包括激发和重聚焦。对于各相位梯度场(A、B)的脉沖被施加相应相位(A、 的1D实验，我们可识别两个场之间的相位差为零的空间中的明确的点，该点被称为(任意地)视场的中心(或默认中心层面位置)r0，该r0由条件27ck1B'r0+^=27ik1/4.r0+A给出，因此，r(p(^-^)/27i(k『kL4)。
除了代替简单正方形重聚焦脉冲使用复合重聚焦脉冲(90x-180y-90x)以外，图5g表示在图5c中列出的实验的模拟输出。模拟输出表明改进的性能。
可通过该方法实现许多成形的射频脉冲类型(Bernstein 2004,第2章)。这些脉冲形状包含矩形脉冲、正弦脉冲、高斯脉冲、SLR脉冲和可变速率脉沖。它们还包含所有脉冲类型激发、反转、重聚焦
(Handbook of MRI Pulse Sequences - Bernstein 2004，第3章)。它还包含空间射频脉冲(Bernstein第5章)，包含多维度脉冲、Ramp
(TONE)脉冲、空间饱和脉冲和标记(tagging)脉冲。它还包含绝热激发(adiabatic excitation)、反转和重聚焦脉沖(Bernstein第6章)。
减少或消除层面选择中的混叠效应的方法
Bla场和Blb场均在样品体积中的视场(FOV)的相反侧之间具有相位差。该相位差被称为FOV上的总相位变化。如果Bla和Blb的总相位变化之间的差值是至多为Ti，那么如由每次射击的FOV(FOVsh。t)表示的那样，可以在不校正混叠效应的条件下在单一射击中对样品体积中的物体进行空间编码。混叠是公知的导致图像伪影的
现象。使用具有大于7t的差值的相位梯度的层面选择可导致混叠(参
见图lle、图llf、图llg)-即，添加的不希望的选择层面。当在Bla和Blb之间的总相位变化中使用大于TT的差值时，可以使用许多方法来避免或消除该混叠。
抗混叠的一种方法使用两个回波串(也被称为"射击")，使得仅有两个不同的Tx(Bl)相位梯度场Bla和BU在长度X上表现出(|)的相位缠绕差(plase twist differnce )。通过连续用诸如下式的两个Bl场中的每一个施加重聚焦脉冲，沿该相位差的方向的完整的k空间遍历是可能的(对于1-D):
1. ( A激发)ABAB…(卯1)-180、180、180、1802或
2. ( B激发)BABA…(9()2)-1802-180、1802-1801或...
21其中可以用任意的线圏施加小翻转角脉冲，但是如果用与第一 (180度)重聚焦脉冲相同的线圏完成(90度)总激发，那么效果会很好。通过施加在以上的(1.)中给出的脉冲序列、然后施加以上的脉冲序列(2.)并将数据组合在一起，FOV (在第2次射击之后)将为仅施加两个脉冲序列中的一个的情况的两倍。
使用TRASE的空间分辨率受限于单步调试(st印through) k空间的两个相位梯度(Gl )之间的差值和在单一射击中收集的回波数量，并因此最终受限于横向磁化的有效横向衰减率。并且，FOV也被Gl限制，因此如果没有收集(通过用偏移的k空间遍历网格使用多次射击)或计算(半傅立叶)另外的k空间点，那么会看到折叠伪影(wrapping artifact)。因此，并行成像可望被用于去除折叠伪影或增加重建的空间分辨率。
虽然TRASE是新方法，但最终结果是k空间加权函数，因此，如果通过使用TRASE而不是常规的使用磁场梯度的k空间数据收集方法获得k空间数据，那么对于使用并行成像的解开和分辨率的改进不变。这是由于并行MRI方法通过使用用于接收的相控阵列的阵列元件灵敏度信息对接收数据进行操作，这一般与对于TRASE MRI k空间遍历使用的Tx阵列不同。
在另一抗混叠的方法中，易于出现混叠的区域可饱和(例如，90度脉沖被事先施加以影响该区域)，使得不存在剩余的NMR信号。
在另一方案中，激发线圈场可被布置为不激发易于发生混叠的区域。可通过使用足够小的发射器线圏实现该方案。可以使用有限程度的激发线圏来避免激发混叠响应。
另一方案是使用有限程度的Rx线圏来避免检测混叠响应。这是使用足够小使得检测不到来自混叠层面的信号的接收器线圏。
在另一方案中，可以使用在并行成像模式中使用的多个接收线圏(Top Magn. Reson. Imaging 2004;15:223-236， M Blaimer, F Breuer，M Mueler， Robin M. Heidemann， M A. Griswold and Peter M. Jakob，SMASH, SENSE, PILS， GRAPPA )以区分并由此分出来自混叠层面的信号。
图6a示意性地示出使用图5a的装置的改进的脉冲串。本领域技术人员很容易理解，该例子被人工简化，仅具有6个重聚焦脉冲扩展阶段中的2对和再定中心阶段中的l对。由于BL和BU场具有与均匀RFB1场不同的k空间焦点，因此在重聚焦脉冲之间的每个间隔中，Bla和Blb场的小翻转角脉冲与k空间加寿又函数的与均匀RF Bl场不同的部分对准。这增加k空间加权函数的清晰度，并因此减少混叠效应，并且由于小翻转角脉冲的持续时间比重聚焦脉冲短得多，因此有利地在不明显延长激发串的持续时间的情况下完成这一点。
随着通过Bla和Blb场产生重聚焦脉沖，k空间加权函数在k空间焦点A和B上翻转，并因此在用Bla/BU场重聚焦前后对于A/B给出k空间加权函数的相同部分。因此，只有在用场中的一个重聚焦前后的间隔中的一个或另 一个中，才可唯一地施加该相同场的小翻转角脉冲。出于这种原因，使用Bla或Blb场的小翻转角脉冲仅遵从使用它的重聚焦脉冲。可以使用均匀场以在没有冗余的每个间隔中沉积能量。
该脉冲串可被表达为[低翻转角Blb-低翻转角U-重聚焦脉冲A -低翻转角Blb -低翻转角U -重聚焦脉沖Blb -等等。
从图6b可以清楚地看出与图5a相比较使用该激发串的k空间加权函数中的能量沉积点的密度的增加。在扩展阶段(前4步)中，更早沉积的小翻转角脉冲随着A和B上的交替翻转单调向外扩展。在随后的阶段中，通过缩回移动的重聚焦脉冲使k空间加权函数重新回到中心。应当注意，与图5a的例子相比，通过使用本例子提供k空间迹线上的双倍数量的沉积能量点。
应当理解，任何间隔内的小翻转角脉冲的次序与k空间加权函数无关。由于重聚焦脉冲具有与它们相关的误差，因此在读出和沉积能量之间存在用最少数量的重聚焦脉冲沉积能量的一点优先考虑。因此，仅对于将在随后的间隔中不给予Bl场中的一个的k空间焦点的k空间加权函数上的所有点，诸如图6a所示的 一些优化方案将包含在第一重聚焦脉冲之前沉积的能量。但是，可以理解，该优化仅基于k空间
加权函数的理想清晰度而不考虑Bl场的不完整性，以及会导致在各实施例中优选的其它序列的实验考虑。
虽然这些实施例通过以连续(时间序列)方式在重聚焦脉冲之间传送多于一个的小翻转角脉冲利用能量沉积以允许利用单一发射器系统并实现激发过程的某种程度的加速，但还应注意，也可使用包含多个发射器的系统，以并行向许多单个的局部发射阵列元件传送小翻转角脉冲，以通过各阵列元件的优化加权函数加速激发沉积。以与发射SENSE类似的方式，但是作为常规的梯度k空间遍历的替代，使用TRASE k空间遍历。
图7是通过仅使用具有+Ag相位梯度的Bla和Blb线圈产生k空间加权函数的迭代步进的示意图。应当注意，它与没有零梯度u场的图6b的k空间加权函数完全相同。对于相同数量的重聚焦脉冲，在k空间加权函数中仅提供一半数量的能量沉积点。
虽然可以理解以上的例子均提供两个Bl场或三个Bl场，但是在每种情况下，Bl场的k空间焦点是共线的，并且穿过k空间焦点的线也穿过k空间的原点。自然， 一旦均匀振幅的相位梯度和恒定相位梯度被识别，就会将该相位梯度与其孪生相位梯度(相反方向的相位梯度) 一起使用以允许最高的相位梯度步进，这不是必需的。当仅使用两个线性相位梯度Bl场时，每个重聚焦步进一步或在一步中将k空间加权函数移出。同样，当使用均匀振幅场时，在各点上存在三个选项关于原点或者关于正或负k空间焦点翻转k空间加权函数。由于虽然可事先切换使用的场但是它们中的每一个将k空间加权函数取为长度A (从原点到Bla的k空间焦点的距离)的整数倍，因此不存在通过移动k空间加权函数以给出A长度步进中间的点来改善FOV的方式。
图8是可如何使用三个线圏以在k空间加权函数内产生希望的密度的点的示意图。例如，可以使用均匀梯度线圈、具有1/2;r缠绕的线圏和具有2TT缠绕的线圏以分别提供长度0 、 1/2和2的k空间焦点。应当注意，可通过这三个Bl场的不同组合提供三个不同长度的k空 间步进，而可通过使用均匀和+/-梯度场提供仅仅两个不同长度的k空 间步进。
在例子中，在第一对步进中，通过在最强相位梯度线圏和零梯度 常数相位线圏之间交替使用最大步长。这允许在扩展阶段的初始部分 中进行相对迅速的扩展，但是在具有明显的间隙的k空间加权函数内 提供图案。 一旦通过如需要的那样在k空间中尽可能地向外延伸获得 希望的分辨率，使用 一个或多个较小的步长就可允许这些间隙中的一 个或多个的填充。如所示的那样，在沉积最大程度的k空间加权函数 之前，寻求较小的步长(次最大)。这允许在没有缩回步进的情况下 实现较致密的沉积。注意，交替的A和B而不是A和U提供较小的 步长和步进内的较小间隙。给定A和B和U之间的间隔本质，不存 在当在A和B之间交替时遇到的冗余点。交替的A和U将提供最小 的步长，并且还对于各k空间焦点给出k空间加权函数的新点。在这 三个步长和方向(+/-)之间切换不保证不提供k空间点的重访。
在一些实施例中，k空间加权函数可包含从原点到后跟例如较小 的步进和较大步进序列的k空间中的点的最大扩展，以允许完成由所 有的第一道次(pass)产生的间隙。根据线圏的k空间焦点之间的间 隔，这会重复，每次添加不同并且交错的一组k空间点。
在示出的实施例中，应当注意，使用非自然地较小数量的脉冲， 并且重定中心不留下以k空间的原点为中心的k空间加权函数；而是 在较小的线性相位梯度的Bl场的k空间焦点上。如果用该梯度执行 检测，那么这会是优选的。
还应注意，尽管存在缩回步进，但在该k空间加权函数中保持4 个间隙。它们关于k空间加权函数的中心被对称设置，随着激发空间 区域的清晰度将基本上是均匀的，这是有利的。并且，通过选择正弦 函数的半周的数量，例如，这些点可被选择为基本上不希望能量沉积 的k空间中的点。因此，这是在扩展阶段中执行非单调步进的例子。
本领域技术人员应当理解，B1场k空间焦点之间的间隔的基本单
25位(在本例子中选择单位4)的选择保证k空间加权函数的重定中心 可更加有效，但是留下在单位步进中间的点上沉积能量的同一问题。 通过改变A与B的长度比，可以如希望的那样限定不同的单位。
图9a b是实验的输出；图9d g是根据本发明的实施例的表明层 面选择的模拟输出。
图9a是通过使用在图3所示的螺旋鸟笼式线圏在0.2T静止磁体 上执行的三个实验的输出，该输出表明可如何通过增加k空间中的步 进的数量调制层面宽度。通过使用仅具有用于小翻转角激发的BU场 (线圏B)的激发脉冲串实验测量这三个层面轮廓。脉冲序列基本上 如图6a所示，其中从k空间加权函数去除所有的a和u小翻转角脉 冲。32、 40和50重聚焦脉冲的激发串长度分别与16mm、 12.5mm和 10mm的层面宽度对应。在各情况下，通过使用常规的梯度场执行读 出。
0.2T系统在室内被制造，并且包含标准配置MRI系统以及控制 台、梯度系统和RF系统。在脉冲序列控制下，RF系统得到增强以允 许通过使用PIN二极管在不同的RF线圏发射场之间切换。
在低场动物研究系统上安装使用在8.2MHz下操作的TMX控制 台(NRC， Winnipeg, Manitoba, Canada )的系统。控制台与0.2Tesla、 45cm自由间隙、4柱永磁体(AMAG， Poland) 、 3轴线性梯度放大 器(Techron， USA)和寸氐频RF放大器(Tomco Technologies, AU) 对接。
控制台硬件包含频率基准、波形产生、多通道数字数据获取、 模拟RF接收器前端和发射器系列、硬件接口和内置试验设备。在使 用中，该硬件与包含功率放大器和垫片PSU的外设组件对接。
通过独立的控制系统('异步系统，)执行包含增益设置、填垫控 命J ( shimming control)、；呙: 充预力口重酉己置(eddy current pre画emphasis configuration)、 回送控帝J (loopback control)和选通酉己置的各种'度 控制(slow control)功能。服务器通过TCP/IP连接与GUI PC通信。
控制台序列发生器软件在运行实时操作系统的高性能x86 PXI计算机(National Instrument, Austin, Texas )上执行，并且在PCI总线 上产生同步波形和数字控制数据。PCI DAC卡产生以每秒100k釆样 输出的16位模拟波形的5个通道(RF发射I&Q包络线，Gx、 Gy、 Gz)，而高速数字输出卡(NIPXI-6534)产生频率和其它控制信号。 脉冲序列发生器被修改以控制用于控制二极管电流驱动器并激活 PIN 二极管开关的数字TTL输出线。PIN 二极管是线圏阵列组件的一 部分。PIN 二极管被切换以选择产生希望的相位梯度所需要的线圏或 线圏元件。
图9b是在关于图9a说明的装置上执行的三个实验的输出，该输 出表明可如何关于图5f调制层面位置(通过使用第二层面偏移方法)。 在第一图像中，相对于样品体积的中心层面激发与-6mm cm偏移对应 的A&B线圏的-Z+7.5度相位偏移。第二输出具有与层面中的+1.25mm 偏移对应的分别用于线圏A和B的-/+1.56度偏移。第三输出具有与 层面中的+7.5mm偏移对应的用于线圏A&B的+/-9.4度相位偏移。通 过另外使用图9a所示的相同脉冲串获得三个实验层面轮廓。
图9c是表示5个层面的交错编码和获取的多层面成像的模拟输 出。通过使用具有用于激发并且使用与图5所示的类似的激发脉冲串 的均匀相位梯度RF线圈的TRASE设备的模拟执行层面选择。通过 使用前面说明的常规梯度成像模拟层面的检测。脉冲串在扩展阶段中 包含50个脉冲，并且对于重定中心包含25个脉冲，并且使用180度 翻转角脉冲。因此，在每个射击中存在用于产生激发的50个小翻转角 脉冲。
执行交错的多重切割，使得当选择的层面外面的自旋返回平衡+z 轴时，其它的层面被选择和测量。因此，当对于选择层面和重新选择 层面之间的松驰时间需要0.8s时，在该时间中，另一层面可被激发， 并且由于各层面与频率的独立范围对应，因此可对于该层面读出一行 数据。5个层面中的每一个在100ms间隔内被z激发，并且在约 10ms 内通过使用常规的梯度被立即读出。给定激发脉冲序列之后的160ms 开始，随后用于不同层面的激发脉冲序列开始，并由此在800ms松驰时间内对5个层面进行成像。应当注意，由于松驰效应，对于后面获 取的层面，层面具有较低的振幅。
图9d是对于通过使用根据本发明的方法选择的层面，用基于模拟 的常规梯度检测模块计算的模拟输出。四个不同的层面由虚拟椭圆幻 像模拟。中心在原点上的椭圆在x轴上的+和-60mm以及在y和z轴 上的+和-15mm上具有极值。幻像被取向使得编码方向为x轴。最大 成像层面(左上平面)与穿过x--1.5mm (左上)的层面对应。选择 的3个其它层面处于x = 19.5mm (右上)、x = 40.5mm (左下)和x =61.5mm (右下)。各层面具有14.4mm的厚度。
用于选择层面的激发脉冲串同样包含50( 180度)重聚焦脉冲(Bla 和B1J，其中在扩展阶段中产生50个均匀Bl场小翻转角脉沖，并 且执行25个步进，以使k空间加权函数返回中心。50个小翻转角脉 冲的振幅和相位被调制以产生3半周正弦轮廓。
如同多层面成像例子的情况那样，各层面被选择并且图像线是 800ms松驰时间的四分之一，并且在松驰时间的其它的四分之三中， 获取其它3个层面中的相同的线。
根据r。=(^r^)/27t( k1B- k^)计算用于产生这些不同层面的附加相 位偏移，其中rO是层面位置。
沿y和z方向表示4图像的轮廓。存在沿y方向的伪影，引起穿 过图像的大圆的锐带。如期望的那样，在成像中表示幻像内的受激发 区域的直径，并且直径随层面的偏移改变。图像(除层面基本上在幻 像外面的情况以外)表示均匀的强度。
图9e表示通过将定义k空间加权函数的点的数量加倍提供的混叠 的改善。底面表示从与图7 (20个重聚焦脉冲)类似的脉冲序列取得 的图像，而顶面表示具有与底面相同的重聚焦脉冲串的图像，但是仅 随Bla场具有小翻转角脉冲的沉积。用仅通过使用Bla场小翻转角脉 冲的层面选择的模拟产生的图像(上图像)与通过使用来自A&B线 圏的交替小翻转激发产生的图像(下图像)相比较，从而表明混叠的 改善。相对于仅用A线圈的激发，k空间加权函数上的点的数量的加倍改善FOV (混叠周期)。第三(例如，均匀)线圏的添加导致k空间采样密度的进一步加倍。
倾斜层面(oblique slice )选择
以上的例子均通过使用单一编码(线性)方向执行层面选择，并因此通过与编码方向正交的样品体积产生层面的选择。在一些情况下，可能希望产生具有处于两个或更多个编码方向之间的角的取向的层面。图IO示出k空间中的这种线。
图11表示k空间加权函数如何受多对重聚焦脉冲影响的图例。一对重聚焦脉冲的效果是通过示出的矢量平移整个k空间激发图案(在重聚焦脉冲之前给出)。这表示能够沿k空间中的任意方向移动激发。虽然该图例表示这5个Bl场的效果，但是可以理解，可以使用其它的场，并且可类似地计算类似的图例。
图12a c示意性地示出用于产生倾斜层面的k空间加权函数中的能量沉积次序。
图12a是用于具有-4斜率的斜线的k空间加权函数。重聚焦脉沖序列是(A，B，A，C)x4，(C，A，B，A)x2。在该例子中使用最小数量的场(3 )。在向前部分中的每个脉冲之前，使用U脉沖(均匀场)小翻转角脉冲。这种情况下的重定中心阶段是向前部分的第2半，但是次序被反转。在重聚焦阶段中(在本例子中)没有使用小翻转角脉冲。
图12a表示仅使用U场以产生小翻转角脉冲并且在各步中包含一个时的k空间加权函数。这产生沉积能量的点的多少参差不齐的线。可以理解，通过根据对于希望的线的接近度选择多于一个的点并因此对这些点进行加权，可以计算修改的正弦函数，以产生可更加类似于层面的激发。
图12b是用于具有-5斜率的斜线的k空间加权函数。重聚焦脉冲序列是((A，B)2，C，(B,A)2，D)2，D，(A，B)2，C，(B，A)2。本例子4吏用5个场，并且仅表示均匀相位场的激发。
由于路径基本上限定k空间内的带，图12c表示可被用于斜线的范围的两个k空间加权函数。同样，在这两个例子中均使用s个场。 在两个例子中均使用如下重聚焦脉冲序列
((A，B)2，C，(B，A)2,D)2，D，(A，B)2，C，(B，A)2。在左侧面上，k空间加权函 数形成仅用用D Bl场发射的小翻转角脉冲限定的带。右侧面仅使用 用CB1场发射的小翻转角脉冲。
假定该带由这种序列中列出的重聚焦脉冲限定，那么应当注意， 可以在给定步进中从相应Bl场选择特定小翻转角脉冲，以沿不同角 度的不同线沉积能量。图12d示意性地示出这种能力。
左侧图像(I)表示可用于在遵从在图12b、图12c说明的重聚焦 序列的2Dk空间加权函数中沉积能量的所有点。因此，在I中表示容 易得到的k空间点的完整集合。这些点分布于覆盖k空间中的倾斜块 或带的区域中。
左边第二图像(II)示意性地示出可用于通过容易得到的k空间 点的完整集合识别线以选出从k空间的轴偏移给定角度的线的窄带。 窄带内的k空间点可被用于识别所使用的特定线的点和与正弦(例如， 3半周)或其它包络线对应的点的加权。为了选择倾斜层面，所需的k 空间加权函数以相同的角度沿着k空间的斜线。用于1D层面的典型 加权函数是正弦函数。
本领域技术人员可以理解，为了激发使用的带越窄，则可用的k 空间迹线中的点的数量越少，并且限定的k空间加权函数将因此越小。 相反，该线越宽，则在FOV边缘上层面选择将越不均匀。很显然， 可以使用在与到中心线的距离成比例的点上沉积的激励平均，以如希 望的那样在点的线性度和k空间加权函数的清晰度之间折衷。
例子11I-V表示影响通过选择5个Bl场提供的灵活度和它们激发 以微调层面角度的程度的倾斜层面选择的改善。对于III-V所示的例 子中的每一个，线圏D是激发图案的中心，因此可^^用作接收线圏。
在图12d部分(III)中，示出角度72。的窄带。通过选择位于方 框内、在方框边缘上或在方框外但接近方框的一组点并且施加给出希 望的k空间功率分布所需要的加权的激发，选择72。的倾斜层面。在图12d部分(IV)中，通过使用来自相同分布的不同点(即， 相同的重聚焦脉冲序列，但是小翻转角脉冲的选择不同并且权重不 同)，选择76。角度层面。
在图12d部分(V)中，通过重新使用来自相同分布的不同点选 择80。层面。
例子III-V表示，给定从该实验可用的一组点，可通过选择最接 近希望的斜线的点实现倾角的范围。对于范围72...80。外面的层面角 度，该序列应被修改以提供位于k空间中不同角度上的点。
2D空间选择
为选择1D层面说明的所有方法具有类似的2D和3D等同物。例 如，2D情况包含穿过2D k空间移动并因此包含沉积到平面2D k空间 加权函数中的RF能量。这允许选择诸如盘或正方形的2D形状。类似 的3D实验导致选择诸如球体或立方体的3D形状。自然，可以使用 3D中的线来限定对于由3个编码方向限定的笛卡尔坐标空间的所有 轴倾斜的平面。
图13a、图13b是提供用于能量沉积以空间选择盘或正方形.或另 外描绘激发区域的k空间行走的两个例子。本领域技术人员可以理解， 在希望的点上截短的正弦函数的旋转可产生盘，并且，两个正弦函数 的积将选择正方形。因此，给予小翻转角脉冲的权重将确定对于与编 码方向kx和ky对应的方向的激发程度提供怎样的限制。存在可被遵 循以覆盖2D k空间区域的路径，并且其它的是同样可能的并且可在某 些实施例中被优选。
图13a是2D选择性激发序列的最终k空间坐标的例子，该激发 序列包含扩展阶段中的((A，B)4，C，(A，B)4，D)2，(A，B)4，C和重定中心阶 段中的(A，D)4，A。在扩展阶段中的每次重聚焦脉冲之前，使用均匀场 小翻转角脉沖。这形成之字形(EPI型)轨迹。
图13b示意性地示出绘出k空间中的2D区域的单一回波串的例 子。该特定序列使用4个在平面中具有k空间焦点的线圏。它是正方形-螺旋轨迹的形式。只示出扩展阶段。重聚焦步进序列是
A，B，D，C，(B，A)2，(C，D)3,(A，B)3，(D，C)5，(B,A)4。
图14表示具有均匀振幅和非线性相位分布的场。左上图表示对称
Bl场的二相位分布，这些分布在中间部分具有基本上呈线性的段并在
接近零相位梯度的端部具有衰减的相位分布。在下面的图中对于Bl 场中的一个示出这一点。第二场看起来好象关于x轴反射的同一梯形。
当这些Bl场在TRASE模拟中交替时，对于相位梯度的线性部分露出 的样品体积的中心操作起来好象这些线圏是线性相位梯度线圏，但是 相位梯度较弱的样品体积的部分将在k空间中移动到相同度，因此， 将在这些部分中出现很少的相干相位累积。给定这些持续时间，假定 在这些区域之间存在很少的偶极子移动一般是安全的。在重聚焦的各 迭代中，样品体积的相同分数将暴露于不同的有效相位梯度步进，因 此样品体积的各段的k空间位置的差将不断发散。
在右边表示的模拟输出表明，在样品体积的中心附近，选择的层 面具有与其它例子一致的强度和清晰度，并且，在基本上处于相位分
布的线性部分的边缘上的位置上选择的层面的下部图像已表明由使用 这些场的小翻转角脉冲的分化效果(differentiated effect)导致的明显模糊。
图15表示可代替线性改变相位B1场使用以实现等同结果的互补 相位分布。由于作为互补Bl场位置的函数的相位的第一导数是相同 的，因此， 一个接一个的施加互补Bl场(在静止场内)，在样品体 积中的所有点上产生均匀k空间步进。
这两个Bl场的奇数次施加将产生所有的点在样品体积内分叉的 分布式k空间。在样品体积的一个区域中，多个点将在与第一线段的 斜率相关的k空间焦点上被有效翻转，并且样品体积的其余部分将在 第二线段的斜率的k空间焦点上被翻转。其它Bl场的随后施加将出 现交叉的重新结合的点。该图表示可如何在不具有均匀相位的各单个 场内产生沿l个轴的2个场之间的线性相位差。
虽然用具有单一不连续性的相位分布表示这一点，但应理解，同样设想还在两个线圏之间的样品体积内空间匹配的2个或更多个不连 续性。并且，可同样使用随具有总计为线性函数的第一导数的距离改 变的多对平滑改变的相位。
图16表示使用具有常规的读出和相位编码的TRASE层面选择但 使用在样品体积上具有高斯振幅分布并具有用于激发脉冲的均匀相位 分布的RF场的两个模拟多层面图像数据集。为了比较，下部切面表 示用于激发的均匀振幅RF线圏。应当注意，获取的图像的强度降离 RF场的强度较弱的图像的各边(x方向)。应当注意，为了使得层面 选择有效，小翻转角脉冲不必在样品体积上具有均匀的振幅。
应当理解，可以使用激发场的该局部灵敏度来限制沿任意轴的混 叠。特别地，如果对于沿激发编码方向的激发使用高斯分布，那么远 离选择层面的样品区域将不被激励。这可节能并减少发射到样品中的 放射量，并且会进一步减少混叠效应。
提供通过一 系列交错的层面选择序列激发样品中平行层面特有的 一系列NMR信号的方法。这提供与常规的频率选择层面选择中的多 层面方法类似的操作。
本领域技术人员很容易想到该结构固有的其它优点。实施例在这 里被解释性地说明，并且不意味着限制要求权利的本发明的范围。以 上的实施例的变更方式对于本领域普通技术人员来说是十分明显的， 并且本发明的发明人意图是要由以下的权利要求包含这些变更方式。
权利要求
1.一种用于均匀磁场中的样品体积的选择性空间激发的磁共振方法，该方法包括控制适于在样品体积内产生多个B1场的RF线圈阵列；用所述多个B1场中的n个施加重聚焦脉冲序列，其中n严格大于空间区域被划界的维度的数量，并且，n个B1场中的每一个在样品体积上具有基本上均匀的振幅和各自不同的相位梯度，并因此具有各自不同的k空间焦点，使得每个重聚焦脉冲关于各B1场的k空间焦点反映k空间加权函数，以相对于k空间焦点中的n-1个改变k空间加权函数；和用散布在重聚焦脉冲之间的至少一个B1场施加小翻转角脉冲序列，所述小翻转角脉冲具有被调制为根据希望的选择性空间激发在k空间加权函数中分布能量沉积的强度和持续时间。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，n个Bl场包含具有线性 相位梯度差但是各相位梯度不是线性的Bl场对。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，Bl场在样品体积上具有 基本上线性的相位梯度，并且因此k空间焦点基本上是k空间中的点。
4. 根据权利要求l所述的方法，其中，用散布在重聚焦脉冲之间 的至少一个Bl场施加小翻转角脉冲序列包含使用n个Bl场中的一个 或多个施加小翻转角脉冲。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中，施加重聚焦脉冲序列包含 在重聚焦序列的扩展阶段中，用n个Bl场发射重聚焦脉沖以在k空间加权函数上沉积能量，并且单调地移动k空间加权函数以使其离 开k空间的原点；和在扩展阶段随后的重聚焦序列的重定中心阶段中，用n个Bl场 发射重聚焦脉冲，以单调地移动k空间加权函数以使k空间加权函数 居于中间。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，在两个连续重聚焦脉冲之间的各间隔中，除了在紧挨着使用给定的Bl场发射重聚焦脉冲前后 的间隔中该给定的Bl场仅被用于产生一个小翻转角脉冲以外，用n 个Bl场中的每一个发射至多 一个小翻转角脉冲。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中，在两个连续重聚焦脉冲之 间的各间隔中，除了仅在用n个Bl场中的一个发射重聚焦脉冲前后 的间隔中的一个中用n个Bl场中的一个发射单个小翻转角脉沖以夕卜， 用n个Bl场中的每一个发射一个小翻转角脉冲。
8. 根据权利要求6所述的方法，其中，对于每个成像维度，n个 Bl场包含在与该维度相关的样品体积内沿编码方向具有基本上线性 的相位梯度的至少两个Bl场的相应组。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中，至少两个B1场的相应组 中的任意一个的k空间的原点和k空间焦点是共线的。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中，具有基本上恒定的相位 的均匀Bl场是至少两个Bl场的各组中的成员。
11. 根据权利要求9所述的方法，其中，至少两个B1场的各组 包含沿编码方向分别具有g。/mm和-g。/mm相位梯度的一对Bl场。
12. 根据权利要求9所述的方法，其中，编码方向是正交的。
13. 根据权利要求9所述的方法，其中，编码方向中的每一个处 于样品体积中的相应线上。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中，空间选择处于由与包含两个最大程度分开的k空间焦点的至少两 个Bl场中的组中的一个的编码方向正交的平行平面划界的区域中； 在扩展阶段中，交替用两个Bl场复发射重聚焦脉冲2m次；和 在重定中心阶段中，交替用两个最大程度分开的Bl场重复发射 重聚焦脉冲m次。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中，在扩展阶段中，施加小 翻转角脉冲序列包含在后跟一个或多个小翻转角脉冲的一个或多个重 聚焦脉冲的重复图案中施加n个Bl场，该图案具有两个连续重聚焦 脉冲的周期。
16. 根据权利要求8所述的方法，其中，施加在重聚焦脉冲之间 散布的小翻转角脉沖序列包含使用重复图案在连续的重聚焦脉沖之 间施加固定数量的小翻转角脉冲。
17. 根据权利要求8所述的方法，其中，施加在重聚焦脉冲之间 散布的小翻转角脉冲序列包含在扩展阶段期间施加重聚焦脉冲序列， 除了用于施加最后的重聚焦脉沖的Bl场以外，这些重聚焦脉冲在各 步进中给予至少两个Bl场k空间加权函数的不同部分。
18. 根据权利要求8所述的方法，其中，重定中心阶段和扩展阶 段遵循穿过k空间的不同行走，使得给予至少两个Bl场的一个或多 个k空间加权函数上的新点，并且重定中心阶段包含施加小翻转角脉 冲以在这些点在k空间加权函数上沉积能量。
19. 根据权利要求1所述的方法，其中，控制RF线圏阵列包含 切换对于多个RF线圏的受控电源，使得在每次可激励至多一个RF 线圏。
20. 根据权利要求2所述的方法，其中，切换包含迅速连续地从 各自RF线圏到用于产生脉冲的多个RF线圏的受控电源的迅速编程 切换。
21. 根据权利要求1所述的方法，其中，控制RF线圏阵列包含 向多个阵列元件传送选择的功率和相位的电力，使得在每次激励至多 一个Bl场。
22. 根据权利要求1所述的方法，还包括在通过选择性切换接收 通道和受控电源之间的RF线圏阵列来进行空间选择性激发之后使用 n个Bl场中的至少一个用于随后的检测。
23. 根据权利要求1所述的方法，还包括通过使用施加重聚焦和 小翻转角脉冲的第二迭代在样品体积的不相交区域中选择样品体积中 的第二空间激发，以限定第二k空间加权函数，以在空间激发松驰之 前实现第二空间激发，以交错多个空间激发序列。
24. 根据权利要求1所述的方法，还包括通过横穿倾斜轨迹并沉 积RF能量而沿倾斜轴选择层面，以使用由具有位于单个2D k空间平面内的k空间原点的n个Bl场中的三个或更多个产生的重聚焦脉冲 产生倾斜k空间加权函数。
全文摘要
本发明涉及MRI中的基于RF的空间选择性激发。在此在MRI处理中提供用于层面选择的方法，该方法包含通过添加在用于相对于用于根据希望的k空间加权函数沉积能量的一个或多个B1场移动k空间加权函数的重聚焦脉冲之间散布的低翻转角RF脉冲控制发射阵列。低翻转角脉冲沉积能量，使得如果相位编码方向为将样品体积坐标化的线性轴并且B1场具有线性相位梯度，那么例如通过傅立叶变换，由k空间加权函数中的低翻转角脉冲描绘的包络线与样品体积的希望的空间激发区域有关。
文档编号G01R33/32GK101688909SQ200880007819
公开日2010年3月31日 申请日期2008年5月2日 优先权日2007年5月3日
发明者J·沙而普, S·金 申请人:加拿大国家研究委员会